がん治療におけるゲノム編集のためのナノテクノロジーベースの CRISPR/Cas9 送達システム

このレビューは Changyang Gong 教授によって企画され、博士課程の学生 Shiyao Zhou によって書かれました。 初めに、彼らは CRISPR/Cas9 システムのメカニズムを詳しく説明しました。 CRISPR/Cas9 システムは、Cas9 タンパク質と一本鎖指向性 RNA (sgRNA) から構成されます。 プロトスペーサー隣接モチーフ (PAM) の存在下では、sgRNA は Cas9 エンドヌクレアーゼを標的領域に正確に導き、そこで DNA 二本鎖切断 (DSB) を引き起こし、部位特異的なゲノム変化を引き起こします。 内在性 DNA 修復は、DSB の作成後に、非相同末端結合 (NHEJ) または相同性指向修復 (HDR) という 2 つの主要なゲノム編集経路を介して起こります。

sgRNA の指導の下で特定の DNA 配列を標的とする Cas9 の生物学的特性を利用することで、科学者たちは、それぞれ CRISPRa および CRISPRi と呼ばれる、dCas9 に基づく遺伝子ターゲティング活性化および遺伝子ターゲティング阻害ツールをさらに開発しました。

次に、3 つの形式の CRISPR/Cas9 カーゴの特徴を概説します。 CRISPR/Cas9 システムの 3 つの送達形式は、プラスミド、mRNA/sgRNA、およびリボ核タンパク質 (RNP) 複合体であり、それぞれに独自の長所と短所があります。 それにもかかわらず、ペイロードの形式に関係なく、CRISPR/Cas9 が標的細胞に浸透することは困難です。 したがって、CRISPR/Cas9 送達のための効果的なナノテクノロジー戦略を開発することが不可欠です。

次に、癌を治療するためのこれら 3 つのカテゴリーに対するナノテクノロジーに基づく送達技術を包括的に要約します。 ウイルスベクターは CRISPR/Cas9 システムの送達ベクターとして最も一般的に使用されていますが、パッケージング能力の制限、高い免疫原性、組織標的化の欠如などの欠点により、その用途は限られてきました。 カチオン性脂質ベースのナノ粒子、カチオン性ポリマー/ポリペプチドベースのナノ粒子、無機ナノ材料、DNA ナノ構造、金ベースのナノ粒子、エキソソームまたは細胞外小胞などのナノキャリアは、現在 CRISPR/Cas9 システムの送達方法として期待されています。

カチオン性脂質ベースの非ウイルスベクターを例にとると、カチオン性脂質ベクターは静電相互作用を介して CRISPR/Cas9 システムに負荷をかけることができます。 さらに、リガンド修飾または構造修飾によってベクターのターゲティングを強化して、細胞への取り込みを促進し、送達効率を向上させることができます。 応答性ナノキャリアは、特定の細胞内環境または細胞外シグナルによって引き起こされ、時空間的に制御可能な遺伝子編集のために CRISPR/Cas9 の特異的放出を達成することもできます。 これらのナノテクノロジーベースのスマートデリバリーシステムは、CRISPR/Cas9 システムの腫瘍治療能力を大幅に向上させ、そのオフターゲット効果を著しく軽減します。

最終的に、彼らはまた、ナノテクノロジーベースの CRISPR/Cas9 システム導入における研究の将来の方向性に関する新たな洞察も提供しました。 CRISPR/Cas9 ナノテクノロジーを使用した遺伝子編集は、がん治療の分野における新たな夜明けです。 CRISPR/Cas9 送達非ウイルスベクターの継続的な最適化と改善は、腫瘍治療の分野における研究と応用においてその大きな可能性を示しています。 それにもかかわらず、研究の大部分はまだ初期段階にあります。 さらに、CRISPR/Cas9 には分子レベルで多くの未解決の問題があります。 結論として、CRISPR/Cas9 に基づく個別化標的療法は腫瘍治療の未来となり、腫瘍治療に新たな希望をもたらす可能性があります。

Xu X、Liu C、Wang Y、Koivisto O、Zhou J、Shu Y、Zhang H.
がん治療のためのナノテクノロジーに基づく CRISPR/Cas9 の送達。
Adv Drug Deliv Rev. 2021 Sep;176:113891。 土井： 10.1016/j.addr.2021.113891